Диссертация (Разработка методики выявления и компенсации нелинейных динамических процессов в сетях среднего напряжения электротехнических комплексов)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»На правах рукописиВергара Валдес Луис АаронРАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫЯВЛЕНИЯ И КОМПЕНСАЦИИНЕЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СЕТЯХ СРЕДНЕГОНАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВСпециальность 05.09.03Электротехнические комплексы и системыДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель –Рыжкова Е.Н.профессор, доктор технических наукМосква - 20162ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 51.

Аналитический обзор принципов и средств борьбы с феррорезонансом.Постановка целей и задач диссертационной работы................................................... 91.1 Феррорезонансные явления в электрических системах как фактор снижениянадежности электроснабжения ...................................................................................... 91.2 Аварийность сетей среднего напряжения России и Мексики ......................... 131.3 Связь режима заземления нейтрали с возможностью развитияферрорезонансных явлений ...................................................................................... 181.4 Обзор существующих мероприятий по ограничению воздействия ФПП вэлектрических системах ............................................................................................

241.5 Постановка задач исследования ......................................................................... 30Выводы ........................................................................................................................ 312. Математическое моделированиеи анализ феррорезонансных процессов вэлектрических сетях ......................................................................................................

332.1 Математические подходы к анализу переходных процессов при резонансныхявлениях ...................................................................................................................... 332.2.2 Классификация электрических систем ........................................................ 392.2.3 Исследование нелинейной динамики в электрических сетях ................... 442.3 Особенности феррорезонансных цепей .............................................................

492.4 Вопросы моделирования исследуемых сетей ................................................... 542.4.1 Простейшая математическая модель нелинейных электрических сетей . 542.4.2 Классификация режимов феррорезонанса .................................................. 582.4.2.1 Нормальный режим эксплуатации ............................................................ 582.4.2.2 Основнойрежимферрорезонанса ...............................................................

592.4.2.3 Субгармонический режим .......................................................................... 612.4.2.4 Квазипериодический режим ...................................................................... 632.4.2.5 Хаотический режим .................................................................................... 642.6 Насыщение несущей жилы завитых сталеалюминевых проводов .................

77Выводы ........................................................................................................................... 7933. Феррорезонансные перенапряжения в сетях Мексики ....................................... 813.1.Общая характеристика феррорезонансных процессов и методов ихисследования............................................................................................................... 813.2.2 Характеристика сетей промышленного электроснабжения ......................

833.2.3 Режимы нейтрали сетей МНЭС .................................................................... 873.3 Феррорезонансные процессы при неполнофазных включениях силовыхтрансформаторов ........................................................................................................

91Выводы ........................................................................................................................ 994. Разработка алгоритмов и принципов построения устройств для подавленияферрорезонансных перенапряжений ......................................................................... 1004.1 Общие положения ..............................................................................................

1004.2 Определение фазовых траекторий переходных процессов ........................... 1034.3 Разработка блок- схемы и алгоритма работы устройствакомпенсации ФПП.................................................................................................................................... 107Выводы ...................................................................................................................... 1155. Разработка методических рекомендаций по устранению условий развитияферрорезонанса для сетей среднего напряжения Мексики .................................... 1165.1 Определение емкостных токов .........................................................................

1175.2 Возможности возникновения феррорезонансных перенапряжений вкабельных сетях среднего напряжения.................................................................. 1195.3 Изменение режима заземления нейтрали как способ повышения надежностисетей среднего напряжения Мексики..................................................................... 1225.4 Рекомендуемые организационные и технические мероприятия попредотвращению ФПП в сетях среднего напряжения Мексики .........................

1305.4.1 Алгоритм выбора оптимального режима нейтрали, снижающего рискразвития феррорезонанса ........................................................................................ 1305.4.2 Мероприятиядля уменьшения риска появления феррорезонансныхперенапряжений в сетях среднего напряжения Мексики ....................................

1335.4.3 Мероприятия дляуменьшения потенциального рискавозникновенияферрорезонанса......................................................................................................... 1375.4.4 Рекомендации для исключения и подавления ФППв сетях среднегонапряжения 1-34.5кВ ............................................................................................... 13845.4.5 Технические требования кхарактеристикам устройства подавленияферрорезонанса.........................................................................................................

1395.4.6 Резервные мероприятия для защиты от феррорезонансав сетях 1-34.5 кВ.................................................................................................................................... 1405.4.7 Методика для проведенияэкспериментальных испытаний для определениясуществования феррорезонанса в сетях среднего напряжения........................... 141Выводы ...................................................................................................................... 142ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...........................................................................................................

143СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ .............................. 146СПИСОКТЕРМИНОВ ................................................................................................ 147СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ...........................................................................................

148ПРИЛОЖЕНИЕ А .................................................................................................... 160ПРИЛОЖЕНИЕ Б ..................................................................................................... 1615ВВЕДЕНИЕСнижениеаварийностисетейэлектротехническихкомплексовсреднихклассов напряжения априори актуально для энергетик всех стран мира,поскольку сети 6-35 кВ относятся к распределительным и являются наиболеепротяженными среди сетей высокого напряжения. Многие аспекты этой сложнойи многогранной проблемы рассматриваются учеными всех стран, однако учетвсех факторов, влияющих на развитие аварийных процессов и предотвращениепоследствий практически неосуществим.При этом решение ряда отдельных научных задач для тех или иных условий сразработкой технических решений, облегчающих условия протекания аварийныхсобытий в электротехнических системах, в настоящее время востребовано какпроектной, так и эксплуатационной практикой.ОднимизособыхраспределительныхсетейаспектовРоссииповышенияиМексикинадежностиявляетсяработыисследованиеферрорезонансных явлений, которые, несмотря на большое количество работ, попрежнему являются недостаточно изученными ввиду многообразия условий,вызывающих их возникновение.ПодробноеисследованиеэлектрическихсетейМексикисвязаноспреобладанием в системе электроснабжения воздушных сетей, а такжеотсутствием, в отличие от России, нормативной документации по ограничениюданного вида перенапряжений, при наличии негативной статистики поврежденийименно указанного типа.Внастоящейработерассматриваютсявопросывыявленияусловийвозникновения, возможностей предотвращения и подавления феррорезонансныхперенапряжений.

Дляпроведениявычисленийиспользованосовременноепрограммное обеспечение ATP (альтернативная программа электромагнитныхпереходных процессов), которое позволило получить примерное пониманиевозможного поведения электрических сетей и приблизительные величиныперенапряжений.6Как правило, феррорезонансные переходные процессы (ФПП) возникают внелинейных элементах, таких, как силовые трансформаторы, индуктивныетрансформаторы напряжения (ТН), шунтирующие реакторы и т.д. Это усложняетзадачу исследования, так как в сложных трехфазных контурах с нелинейнымиэлементами аналитический анализ этих переходных процессов, как правило,невозможен. Необходимо различать разные виды резонансных явлений, так какфизика развития процессов может существенно различаться для разных условий.Этим обусловлен анализ феррорезонанса в электрических сетях методаминелинейной динамики.Актуальность работы подтверждается также и низкой эффективностьюнормативных мероприятий, как для предотвращения, так и защиты отсостоявшегося феррорезонанса.